Design av ett steriskt instängt bipyridin-rutenium (Ru) ramverk möjliggör kontrollerad inneslutning av adsorberat H2 och dess leverans till inerta amider, vilket möjliggör katalytisk hydrering av ett brett spektrum av amidbindningar. Klyvning av både C=O- och C-N-laktambindningar uppnås genom aktivering av en enda förkatalysator. Kredit:Nagoya University
Vad har proteiner och Kevlar gemensamt? Båda har långkedjiga molekyler som är uppträdda av amidbindningar. Dessa starka kemiska bindningar är också gemensamma för många andra naturligt förekommande molekyler såväl som konstgjorda läkemedel och plaster. Även om amidbindningar kan ge stor styrka till plast, när det kommer till deras återvinning vid en senare tidpunkt, svårigheten att bryta dessa bindningar förhindrar vanligtvis återvinning av användbara produkter. Katalysatorer används ofta inom kemi för att påskynda reaktioner, men bryta de typer av amidbindningar i plast, som nylon, och andra material kräver tuffa förhållanden och stora mängder energi.
Bygger på deras tidigare arbete, ett forskarlag vid Nagoya University utvecklade nyligen en serie organometalliska ruteniumkatalysatorer för att effektivt bryta ner även de tuffaste amidbindningarna under milda förhållanden.
"Våra tidigare katalysatorer kunde hydrera de flesta amidbindningar, men reaktionerna behövde lång tid vid hög temperatur och högt tryck. Denna nya ruteniumkatalysator kan hydrera svåra substrat under mycket mildare förhållanden, " säger huvudförfattaren Takashi Miura.
Hydrogenering är nyckelsteget som leder till nedbrytning av amidbindningar. Katalysatorn har en ruteniumatom uppburen i ett organiskt ramverk. Denna ruteniumatom kan adsorbera väte och leverera det till amidbindningen för att initiera nedbrytningen. Teamet undersökte positionen för väte på katalysatorn i reaktionsvägen och modifierade formen på det stödjande ramverket. Genom att se till att vätemolekylen var den bästa möjliga positionen för interaktion med amidbindningar, teamet uppnådde mycket effektivare hydrering.
Gruppledaren Susumu Saito säger, "De förändringar vi gjorde i katalysatorn gjorde det möjligt för några knepiga amidbindningar att selektivt klyvas för första gången. Denna katalysator har stor potential för att göra designerpeptider för läkemedel och kan också användas för att återvinna material från plastavfall för att hjälpa till att förverkliga en antropogen kemikalie kolets kretslopp."
